一种换热式加压中和器的制作方法

1.本实用新型涉及一种用于酸碱中和的反应器，特别适用于有大量放热反应，需要进行废热回收的反应器，如氨(包括含氨气体)与硝酸进行中和反应的反应器。


背景技术：

2.在硝酸铵生产中，中和器为最主要的反应器。硝酸与氨的中和反应过程中伴有大量的废热。而高浓度的硝酸铵熔融液在185℃以上时会分解并放出热量。因此，以前国内生产硝酸铵的装置均是在常压下操作，其操作温度在140℃以下。在常压进行中和反应，付产的蒸汽压力太低(通常≤0.05mpa)，不能利用；后续蒸发能耗却很高。为了利用中和废热，国内陆续引进了管式反应器及自主开发了内循环式加压中和器，两种中和器均采用加压下进行氨酸中和，中和压力0.35mpa，从而提高了中和反应的温度。管式反应器利用浓度达～60％的硝酸与气氨进行快速反应，反应温度急剧升高至195℃，并快速进入分离器进行闪蒸汽分离，溶液闪蒸后降温至185℃，浓度提高到95％左右。内循环式加压中和器通过气氨与56～58％的稀硝酸反应，通过提高中和压力使中和液分离出的蒸汽压力达到0.35mpa，这一蒸汽压力其饱和冷凝温度为148℃，正好适用于硝酸铵溶液在-0.07mpa真空下的蒸发利用，从而利用中和蒸汽可以将硝酸铵溶液蒸发至95％的浓度。两种加压中和方式均部分利用了中和反应热，不用外供蒸汽就可以硝酸铵溶液浓度达到95％。但两种方式均存在一定缺陷，管式反应器只适用于较高硝酸浓度(接近60％)和纯气氨条件下使用，内循环式加压中和器对硝酸的浓度有所降低(55～58％)，但仍只能使用纯气氨，同时两种方式的中和废热都不能完全利用(即有部分0.35mpa的中和废蒸汽需要用循环水冷凝成水)，而且两种加压中和反应对稀硝酸的浓度有要求，低于55％时反应热不足以蒸发稀硝酸带入反应的水分，但稀硝酸尝试过高≥60％时，由于反应热过多可能造成反应产物温升过高进入分解区。此外加压中和蒸汽中因含有惰性气体(加压中和需在氨过量条件下进行)，因此对后续的一段蒸发器操作有较大的影响。最后，两种加压中和的操作温度均较高，管式反应器中和温度在195℃，内循环式反应器中和温度也在180℃左右，具有较大的危险性，对自动控制的要求很高。


技术实现要素：

3.本实用新型解决的技术问题是：提供一种适用于不同硝酸浓度、可以采用纯气氨或含氨气体、能够充分回收利用中和反应热的中和器。
4.本实用新型采用的技术方案如下：
5.一种换热式加压中和器，包括汽包和中和器，所述中和器包括分离段、反应段和中和器封头，所述分离段顶部设置有中和蒸汽出口；所述反应段包括连接段和外筒，所述外筒内设置有若干两端开口的换热管，所述外筒上部通过汽水管连通汽包的蒸汽入口，所述外筒下部通过炉水管连接有汽包的炉水出口；所述外筒内置有开口端朝下的反应器内筒，所述反应器内筒两端延伸出所述外筒，所述反应器内筒的开口端连通中和器封头，反应器内筒上部设置有沿反应器内筒外壁切线设置有导流筒；所述反应器内筒下部还设置有若干个
反应物料加入口。
6.优选的，所述中和器封头底部设置有冷却液加入口。
7.优选的，所述中和器内均匀分布有若干热电偶接口。
8.优选的，若干所述反应物料加入口包括硝酸加入口和气氨加入口。
9.优选的，所述硝酸加入口为向下开口的喷头，所述气氨加入口为向上开口的喷头。
10.优选的，所述换热管为波纹式换热管。
11.优选的，所述炉水管均匀地分布在所述外筒下部，所述汽水管均匀的分布在外筒的上部。
12.优选的，所述分离段上部设置有气相取样口，所述反应段的连接段上设置有液相取样口。
13.优选的，所述分离段内分布有若干整流板。
14.优选的，所述分离段顶部设置有中和器安全阀接口。
15.本实用新型的中和反应热的中和器，主要是氨和酸进行中和反应，适应于不同的硝酸浓度，并能有效地利用中和废热用于产生清洁的干净蒸汽(0.35～0.5mpa)，这部分蒸汽完全适用于硝酸铵溶液的一段蒸发及其它工况使用，从而提高中和热的利用率。同时硝酸的浓度可以在≥55％基础上，提高到65％以上，氨则选择多样，可以是纯气氨，也可以是含氨气体。
16.为保证换热段产生的蒸汽能用于稀硝铵的蒸发，蒸汽温度须为147.92～158.84℃,其对应的饱和蒸汽压力为0.35～0.5mpa。考虑到换热器高温和低温介质须具有适当的温差(本案例中可以控制在10～20℃)，因此中和器内溶液应温度控制在170～185℃，其对应的硝酸铵溶液沸点操作压力约为0.20～0.35mpa。换热式中和器物料流程分为两部分，一部分是中和产生稀硝酸铵并在中和器内循环，另一部分为炉水在汽包-中和器换热段-汽包间循环。
17.中和反应放热，除了可以部分用于加热中和反应产生的使稀硝酸铵溶液，并使由稀硝酸带入的水分变成蒸汽(中和污蒸汽)外，多余的热量经循环硝酸铵带出，并在换热器内换热用于产生用于产生0.35～0.5mpa的干净饱和蒸汽(蒸汽温度147.92～158.84℃)。这部分干净蒸汽用于稀硝酸铵溶液的一段蒸发，可以将硝酸溶液浓度升高到≥95％，并有部分蒸汽可以用于其它用途如硝酸铵溶液保温、液氨蒸发等。
附图说明
18.图1是本实用新型的结构示意图；
19.图2是图1中i-i'的剖视图。
20.其中，附图标记对应的名称为：
21.1-气氨加入口，2-硝酸加入口，3-冷却液加入口，4-热电偶接口，5-连接段，6-外筒，7-液体采取口，8-液相取样口，9-换热管，10-反应器内筒，11-气相取样口，12-液位计接口，13-中和蒸汽出口，14-中和器安全阀接口，15-水蒸汽出口，16-炉水进口，17-压力变送器接口，18-汽包安全阀接口，19-放空阀接口，20-汽包液位计接口，21-排尽口，22-汽水管，23-炉水管，24-中和器封头，25-法兰。
具体实施方式
22.下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。
23.实施例1
24.针对现有的管式反应器只适用于较高硝酸浓度和纯气氨条件下使用，以及内循环式加压中和器对硝酸的浓度降低，但仍只能使用纯气氨，且上述两种反应器均不能完全利用中和热，以及危险性较大等问题，本技术提供了一种适用于不同硝酸浓度、可以采用纯气氨或含氨气体、能够充分回收利用中和反应热的中和器，具体包括如下结构，如图1-2所示：包括汽包和中和器，所述中和器包括分离段、反应段和中和器封头24，所述分离段顶部设置有中和蒸汽出口13；所述反应段包括连接段5和外筒6，所述外筒6内设置有若干两端开口的换热管9，所述外筒6上部通过汽水管22连通汽包的蒸汽入口，所述外筒6下部通过炉水管23连接有汽包的炉水出口；所述外筒6内置有开口端朝下的反应器内筒10，所述反应器内筒10两端延伸出所述外筒6，所述反应器内筒10的开口端连通中和器封头24，反应器内筒10上部设置有沿反应器内筒10外壁切线设置有导流筒；所述反应器内筒10下部还设置有若干个反应物料加入口。
25.本技术在使用氨与硝酸进行中和反应时，气氨和硝酸分别由反应器内筒10下部的药剂加入口进入反应器内筒10，在反应器内筒10与循环的硝酸铵溶液(如图1中虚线所示方向)混合分散并进行反应，使混合溶液温度升高并使部分水分汽化，从而带动混合溶液沿反应器内筒10上升。至反应器内筒10上部通过导流筒沿径向流出反应器内筒10，并在连接段5进行分离，溶液中所夹带的蒸汽分离出来，蒸汽向上进入分离段进行分离，将分离的中和废蒸汽从中和蒸汽出13排除中和器，由于中和废蒸汽因含有硝铵、氨或惰性气体，不适合于用于工艺加热介质，通常送冷凝器用循环水冷凝为工艺废水，工艺废水再送废水处理装置，上述过程为常规处理手段，在这里不再进行详细的阐述，由中和器内硝酸铵溶液产生的污蒸汽经分离段分离其中的液滴后去后续处理工序；将分离的混合溶液沿向下落入外筒6的换热管9中向下流动，在流动过程中与换热管9的管间炉水进行换热，硝酸铵溶液降温后流入中和器封头24，由于中和器内筒10与外筒6的换热管9内之间的硝酸铵溶液存在密度差，因此，硝酸铵再从中和器封头24处重新流入反应器内筒10进行循环，换热管9间炉水升温，部分水再次汽化为中和废蒸汽，中和废蒸汽排除中和器后进行常规废蒸汽处理。换热后的炉水水汽上升并流出中和器，经汽水管22进入汽包进行汽水分离，分离后的炉水再通过炉水管23重新循环进入中和器，蒸汽经汽包出口引出，汽包分离产生的干净蒸汽送后续一段蒸发工序作加热热源或者用于热网用于供热。
26.进一步地，为了控制中和器内溶液的温度，如图1所示，所述中和器封头24底部设置有冷却液加入口3，如果中和器的硝酸铵溶液温度过高(如超过185℃)，可通过冷却液加入口3加入调温水，以降低反应物浓度并通过水的汽化以降低反应物的温度，上述调温水可以为脱盐水或含硝酸铵的工艺废水。
27.进一步地，如图1所示，所述中和器内均匀分布有若干热电偶接口4。用于安装热电偶监控中和器内的温度，热干电偶接口4一般在所述反应器内筒10分布2-3个，在所述分离段分布2-3个。
28.进一步地，如图1所示，若干所述反应物料加入口包括硝酸加入口2和气氨加入口
1。可以根据中和反应的实际情况设计不同反应物料加入口，如硝酸和氨的中和反应设计为硝酸加入口2和气氨加入口1。
29.进一步地，为了增加反应物的接触，所述硝酸加入口2为向下开口的喷头，所述气氨加入口1为向上开口的喷头。
30.进一步地，为了提高换热效率，所述换热管9为波纹式换热管。
31.进一步地，所述炉水管23均匀地分布在所述外筒6下部，所述汽水管22均匀的分布在外筒6的上部，能够使得炉水管23均匀地流过换热管9，提高换热效率。
32.进一步地，所述分离段上部设置有气相取样口11，所述反应段的连接段5上设置有液相取样口12，用于对反应器分离段的气相以及反应段5的液相进行取样分析，以便于调控反应。
33.进一步地，所述分离段内分布有若干整流板，整流板的设计可以使中和汽均匀地沿分离段内上升，从而减少因气流紊乱导致的夹带。
34.进一步地，所述中和气上设置有液位计接口12，用于安装液位计。
35.进一步地，所述分离段顶部设置有中和器安全阀接口14，用于安装安全阀。
36.进一步地，所述连接段5还设置有液体采取口8，为控制中和器的液位，在连接段5上设置液体采取口8用于部分硝酸铵溶液经出口采出。
37.进一步地，所述汽包顶部还设置有水蒸气出口15、炉水进口16，汽包的水蒸气经过水蒸气出口15引出可用于供热。
38.进一步地，所述汽包顶部还设置有压力变送接口17、汽包安全阀接口18以及放空阀接口19，用于连接压力变送接口、汽包安全阀以及放空阀。
39.进一步地，所述汽包还设置有汽包液位计接口20，用于汽包上安装液位计。
40.进一步地，所述汽包上还设置有排尽口21，用于排尽蒸气。
41.进一步地，中和器连接段5与外筒6之间采用法兰联接，中和器封头24与外筒6之间采用法兰联接。
42.具体地如图1所示，气氨(或含氨气体)经气氨加入口1进入中和器气氨的喷头，与循环的硝酸铵溶液混合，硝酸经硝酸加入口2进入中和器硝酸的喷头，与循环的硝酸铵溶液混合，并与氨反应生成硝酸铵。反应热使硝酸铵溶液温度急剧升高，并使部分水分蒸发形成蒸汽，汽液混合物沿反应器内筒10上升，并经导流筒导出，在连接段内，中和液内的污蒸汽闪蒸出来进入上部分离段；分离后的硝酸铵溶液除少部分从液体采取口7采出以平衡液位外，大部分沿外筒6的换热管9下降，并与炉水换热降温，换热后的硝酸铵溶液经中和器底部的中和器封头24进入反应器内筒10再循环。炉水换热后部分水分汽化为水蒸汽，水汽混合物沿汽水管进入汽包，进行汽水分离，水蒸汽送出供各用户，炉水沿炉水管下降进入中和器再次循环，如果中和器的硝酸铵溶液温度过高，如硝酸与氨中和反应中超过185℃时，由通过冷却液加入口3加入调温水以降低反应物浓度并通过水的汽化以降低反应物的温度。
43.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。